水闸消能计算(闸后消力池计算、海漫、防冲槽)

关于水闸闸后消能设计计算的探讨摘要：水闸泄水时部分势能转为动能,流速增大,因此闸下冲刷是一个普遍且严重的问题,一般采用消力池消杀闸门出口处急流动能。

闸下有害冲刷原因是多方面的,有的是设计不当,有的是运用管理不善,本文以实例就对消能设计条件、跃前水深、跃后水深、下游水深,以及他们之间相互关系从设计角度进行论述,使得水闸闸后消能设计计算更加贴近实际,解决问题。

关键词：消能池；设计条件；公式；临界水深水闸是低水头的泄水建筑物，一般采用底流式消能工。

在消力池内产生水跃，使闸下急流转变为缓流，通过水跃消耗的能量尽与跃前断面的能量Ei之比，称为水跃消能率。

跃前断面的弗汝德数愈大，则消能率愈高。

当Fr1在10～40间，则Ej/Ei为28%～59%，低水头的水闸，由于Fr1较小，故水闸的消能率一般较低。

针对消能工设计条件及下游水深hs，对消力池及海漫的影响作些探讨。

1水闸消能工控制条件及消能不利原因依据一些水闸的实际运行工况及消能工破坏实例分析，水闸消能工设计的控制条件，往往不一定是以泄设计洪水时为最不利工况，而且，不同类型的水闸的消能设计条件也不相同。

故在消能工的设计中，除需要考虑上下游水位、过闸流量、闸门启闭的组合程序等因素外，还必须做大量的分析工作，以确定消能工设计的最不利组合，设计中切不可简单地加以假定。

笔者通过对一些消力池水力状况恶劣的水闸的观察分析，总结出消力池计算深度过深或形成不了淹没水跃，消能率较低的主要原因为:①由于受上游洪水流量和下游潮位不断变化的影响，过闸水流的水位、流量及流速均在不断变化，设计者计算时未能加以——分析，而是简单地定了一个上下游水位;②下游水位很低时，未能结合对下游水面曲线的分析，考虑对闸门的开度、启闭顺序进行控制或设置多级消力池;③未能结合设置一些消力墩等辅助消能工，促使水跃的发生。

2在不同下游水位情况下的消能防冲设计2.1下游水深hs＜hk(临界水深)消力池出口处水深应按宽顶堰自由出流公式计算。

水闸消能防冲计算
水闸消能防冲计算的目的是保护水闸下游河床免受冲刷，其计算内容主要包括过闸流量、水跃高度等。

以下是一个简单的计算流程：
- 计算过闸流量Q：根据宽顶堰的自由出流公式进行计算。

假设e=0.95，m=0.385，H0≈H=2.4m，b=8m。

计算可得Q=48.18m³/s。

- 计算hc和hc’’：假设消力池的池深为 1.2m，池底高程为-0.2m，则E0=3.40+0.2=3.60m。

位于出口位置处的B=24+1=9m，由此可计算出单宽流量q=48.18/9=5.535m²/s。

然后将=0.95，g=9.81带入公式E0=hc+q²/2g$\varph$²hc²，求出hc=0.754m，再将该数值代入到求hc’’的公式中，求出hc’’=2.432m。

在进行水闸消能防冲计算时，需要考虑多种因素，并根据实际情况选择合适的计算方法和参数。

如果你需要进行更精确的计算，建议咨询专业的水利工程师或参考相关的设计规范。

第5期（总第265期）相0，|_祈5杉洪2021 年 5 月 U R B A N R O A D S BRIDGES &FL O O D C O N T R O LDOI:10.16799/ki.csdqyfh.2021.05.047浅谈水闸工程中的消能防冲计算防洪排水陈杰(上海嘉定水务工程设计有限公司，上海市201800)摘要：消能防冲计算是水闸工程设计中的重要环节，消力池、海漫段、防冲槽等消能防冲设施的结构尺寸都需要 通过计算确定。

水闸设计规范给出了相应的消能防冲计算公式。

结合工程实例，从计算水位组合的选取、河道不冲流 速及允许流量的计算、闸门开度及过闸流量的确定、消能防冲计算过程、消能防冲设施布置等几个方面对水闸工程 中的消能防冲计算及消能防冲设施设计进行了简要介绍。

关键词：水位组合；不冲流速；过闸流量；消能防冲计算中图分类号：TV66 文献标志码：B文章编号：1009-7716(2021 )05-0160-030引言水闸是一种调节水位、控制流量，既挡水又泄水的低水头水工建筑物。

水闸主要依靠闸门控制水流，具有挡水和泄（引）水的双重功能，在防洪、治涝、灌 慨、供水、航运、发电等方面有着广泛的应用。

为保护水闸下游河床免受冲刷，需采取必要的消能防冲措施。

水闸的消能方式，一般采用底流式水跃消能。

其主要消能结构为消力池，在池中利用水跃消能。

海漫段紧接在消力池之后，继续消除水流余能，使水流扩散并调整流速分布，减少底部流速，保 护下游河床免受冲刷。

防冲槽设置在海漫段末端，主 要作用是保护海漫段的安全。

消力池、海漫段、防冲槽等消能防冲设施的设计离不开消能防冲计算。

现以“嘉定蕰藻浜以南地区近期引水调度工程”中的盐铁塘泵闸为例，对水闸消能防冲计算的内容作简要介绍。

1项目概况上海嘉定蕰藻浜以南地区，位于嘉定区的最南端，西北以蕰藻浜为界，南依苏州河，东临中槎浦和新槎浦，区域总面积约]00.36 k m2。

水闸消能相关计算浅析摘要：水闸的作用就在于挡水、泄水，水闸在现如今已经运用在水利建的各个方面。

由于水闸泄水时，两侧水位存在高度差，会有一个重力势能向动能的转化过程，所以在水闸泄水时水流会拥有不小的动能，这样便会对下游的河床水渠进行冲刷，造成破坏。

如何才能阻止水流的冲刷一直是一个急需解决的问题，而要解决这个问题首先便是要了解水闸消能问题。

本文便以此为起点，对水闸消能问题做一个简要浅析。

关键词：水闸；消能；消力池1 引言：现在所讲的水闸，早在战国时期便有了记载，而到了秦朝时期，便出现了譬如都江堰之类浩大的工程了，由此可知，水闸这项工程已经有了几千年的历史勒。

在《管子》中有言“杜曲激则跃，跃则倚，倚则环，环则中”，这是说明了一个水跃的现象，而在水跃的影响下并形成回流冲刷，表明了几千年前人们便意识到了水闸的冲刷破坏。

造成水闸的冲刷现象有很多原因，比如设计上的不合理、操作上的错误。

因此，水闸的消能问题是在水闸实行设计和操作中都必须时刻注意的一个关键问题，而现在普遍使用的消能方法就是底流水跃消能防冲措施。

我们运用所了解的一些防冲原理对一些实际存在的水利工程进行分析并找出原因，根据实际情况对其进行合理的分析，最后采用最佳的水闸消能方式以最大限度地消除因水闸问题而造成的负面影响。

2 水闸消能现状2.1 消能工控制条件及消能不利原因2.1.1 对已知的一些水利工程进行研究表明：关于水闸消能工设计的控制条件，我们一直以来都是把洪水来临作为最坏条件来进行设计施工，但是事实上对于各种不同的的水闸在进行消能设计时所要求的前提并不是完全相同的。

所以我们在实际的设计中要全方位地考虑多种因素来进行全面分析，实事求是的考虑到各种不利因素才能保证实际使用中的安全。

2.1.2 通过对实际使用中的一些水闸的分析得出了水闸消能率低的原因有以下几点：①由于受到上游水流量和下游潮位不断变化的影响，各闸水流的水位、流量及流速均在不断变化，设计者计算时未逐一分析，而只是简单地定了一个上下游水位；②下游水位很低时，未能结合对下游水面曲线的分析，考虑对闸门的开度、启闭顺序进行控制或设置多级消力池；③未能合理设置一些消力墩等辅助消能工，促使水跃的发生；④水闸的消能防冲设计仍存在很多不合理之处。

水闸水力计算海漫及冲刷深计算一、海漫长度计算1、输入参数流量…………………………… Q=2540m3/s上游水位……………………… H上=1299.65消力池末端宽………………… b1=104m 下游水位……………………… H下=1298.09 海漫长度计算系数…………… k s=72、计算过程消力池末端单宽流量q=24.423m3/(s·m)上下游水位差ΔH= 1.560因为sqrt(q s(sqrt(ΔH))= 5.523=1～9故海漫长底Lp=k s sqrt(q(sqrt(ΔH))=38.662m二、海漫末端河床冲刷深度计算1、输入参数流量…………………………… Q=2540m3/s海漫末端河床水深…………… h m=6.49消力池末端宽………………… b1=104m河床土质允许不冲流速………[V0]=2.22、计算过程海漫末端单宽流量q m=24.423m3/(s·m)海漫末端河床冲刷深度d m=1.1q m/[V0]-h m5.722m三、上游护底首端河床冲刷深度计算1、输入参数流量…………………………… Q=2540m3/s上游护底首端河床水深'…… h m'=7.15上游护底首端宽………………… b1=104m河床土质允许不冲流速………[V0]=2.22、计算过程上游护底首端单宽流量q m'=24.423m3/(s·m)上游护底首端河床冲刷深度d m'=0.8q m'/[V0']-h m' 1.731m.四、最终取海漫长度………… t=40m取海漫末端河床冲刷深度dm 6.5m取上游护底首端河床冲刷深度dm'3mA12.79375mmmkN/m3。

关于水闸闸后消能设计计算的探讨水闸是一种常见的水工建筑物，用于调节河流水位和流量。

在水闸的设计中，闸后消能是一个十分重要的考虑因素。

闸后消能是指水流通过水闸后，将其动能转化为其他形式的能量以保护下游河床和闸门的安全。

本文旨在探讨水闸闸后消能设计计算的相关问题。

首先，在设计水闸闸后消能时，需要根据水流特性和水闸类型选择合适的消能方式。

常见的水闸闸后消能方式包括：梯级闸式消能、尾水消能、设置底闸以及设备能量消耗装置等。

其次，在进行闸后消能设计计算时，需要考虑以下几个因素：1.水流的能量损失：水流通过水闸后，会因摩擦、涡旋和湍流等因素而损失部分能量。

根据流体力学的原理，可以通过计算水流的流速、流量和水位等参数来评估能量损失的大小。

2.消能设施的设计参数：根据水闸的尺寸、倾角和闸门开度等参数，可以计算出闸后消能设施的设计参数，例如消能槽的长度、宽度和坡度等。

这些参数可以通过试验和数值模拟来确定。

3.能量转化效率的评估：闸后消能设施的设计目的是将水流的动能转化为其他形式的能量，例如压力能、动水力等。

通过计算能量转化效率，可以评估消能设施的功效和效果。

最后，在进行水闸闸后消能设计计算时，可以采用试验、模型和数值模拟等方法进行验证和优化。

试验方法可以在实际水闸上进行，通过测量和记录数据来评估消能设施的性能。

模型方法可以通过建立准确的物理模型来模拟水流的运动和能量转化过程。

数值模拟方法可以通过计算流体力学等数值模型，来预测闸后消能设施的性能和效果。

综上所述，水闸闸后消能设计计算是一个复杂而重要的工作。

通过合理选择消能方式、考虑水流能量损失、确定消能设施的设计参数并评估能量转化效率，可以设计出安全高效的水闸闸后消能系统。

通过试验、模型和数值模拟的方法进行验证和优化，可以进一步提高消能设施的性能和效果。

总的来说，水闸闸后消能设计计算的探讨对于水闸工程的设计和建设具有重要的指导意义。

水闸消能计算（闸后消力池计算、海漫、防冲槽）也适用于堰后消能m/s 0m 440m 462m 24m3/s 1981.65m3/s 1981.650调试m 9m3/sm 82.569m m 24m2411~1.050.80.7~0.81.05 1.05~1.10.950.95~1m 4.720m14.970需要修建消力池m 26.7820.000m 4.122m 16.426m 3.4650.000m 4.782m 4.782m 84.897m67.918由最大流量确定消能计算参考规范：SL265-2001水闸设计规范闸后消力池计算行进流速v 过闸单宽流量总势能T 下游河床高程泄洪流量Q出池河床水深h's 上游闸前水位闸宽B最大流量Q 总势能T 收缩水深h 跃后水深h 动能校正系数水跃长度校正系数β水跃淹没系数流速系数φ收缩水深h 跃后水深h 消力池计算长度Lk池首端宽度b 池末端宽度b 水跃长度L 出池落差△Z 池计算深度设计深度d 32220/2c c h T h q g α?-+也适用于堰后消能底宽b m 1.500比降i-0.010边坡系数m-0.000规范P72糙率n-0.017掺气修正系数ζ- 1.200泄洪流量Q m3/s1981.650或输入h~Q关系式水面宽B m 1.500过水断面A m2408.850湿周χm546.633水力半径R m0.748谢才系数C-56.044计算流量Q'm3/s1981.650平均流速V m/s 4.847δ(0.000)正常水深h0m272.567由最大流量确定。

远离水跃：hc``＞ht 临界水跃：hc``=ht 淹没水跃：hc``＜ht E 0=15q=6.74流速系数ψψ1ψ2ψ3ψ40.88783E 16h c =εe 闸门开度e=0.5弗落得数Frc=q/h c /（gh c ）0.51.消力池深S ：池宽b=ψ`=0.95设计流量Q=σ= 1.05条件 ：Lk=hs=消力坎宽b=安全系数σσs =三、海漫：Lp=1.确定坎高：2.池深S ：坎高c=σhc``+Q 2/（2gb 2（σh c ``）2）-H 10（计算出坎高后须判断下游水流流态，若发生远离水跃，需建第二级消力坎。

）H 1=(Q/(mb(2g)0.5))2/3-Q 2/（2gb 2（σhc``）2）h c ``=h c （（1+Fr c 2）0.5-1）/2Fr 1=q 2/（gh`3）二）、消力坎：1.自由出流：2.淹没出流：（具体见《水力计算手册》P211）1.7＜Fr 1＜9.0Lj=9.5*h`*（Fr 1-1）9.0＜Fr 1＜16Lj=8.4*h`*（Fr 1-9）+76*h`条件：hs /H 10≤0.45二、底流计算：一）、消力池计算：△z=Q 2*（1/（ψ`h t ）2-1/（σh c ``）2S=σh c ``-h t -△z2.消力池长Lk ：h c ``/h`=（（1+8q 2/（gh`3））0.5-1）/2(通过试算确定hc ）底 流 式 消 能 防 冲一、水流衔接判断：1.一般泻洪情况：底流消能条件：必须发生临界或稍有淹一）、收缩水深计算：条件：hs /H 10＞0.45垂直收缩系数ε=二）、.跃后水深hc``：h c ``=h c *（（1+8Fr c 2）0.5-1）/21）.收缩水深hc：hc=E 0-q 2/（2g ψ2hc 2）2）.流速系数ψ：（1）低堰情况：（2）高堰情况：ψ=（1-0.1*E 0.5/q 1/3）0.5hc 1=ht （（1+8Fr t 2）0.5-1）Fr t =Q/(bht(ght)0.5)坎高c=σh c1``+Q 2/（2gb 2（σh c1``）2）-H 10H 10=(Q/(mb(2g)0.5))2/32.平底闸孔情况：坎高c=σhc``+Q 2/（2gb 2（σh c ``）2）-H 10H 10=(Q/(σs mb(2g)0.5))2/3四、综合式消力池计算：H 10=(Q/(mb(2g)0.5))2/3（具体见《水力计算手册》P216）3.池长L ：L=（同前计算）1.趾墩：五、辅助消能工：（具体见《水力计算手册》P218）E 0=h c +Q 2/（2g ψ2b 2h c ）试算h c S=σhc``-H 1-c下游水深h t=m=0.42（1+Fr c2）0.5-1）/2稍有淹没的水跃。